一种开关驱动装置、开关驱动芯片和开关设备制造方法及图纸

一种开关驱动装置、开关驱动芯片和开关设备，在减小功率开关管的损耗的同时，改善功率开关管导通或者截止过程中的EMI问题和电压应力问题。开关驱动装置包括：第一电压检测电路、第二电压检测电路、电压变换率检测电路，电流调节电路和控制电路；第一电压检测电路与控制电路连接，检测功率开关管的第一电极电压；第二电压检测电路与控制电路连接，检测功率开关管的控制电极电压；电压变换率检测电路与控制电路连接，检测功率开关管第一电极的电压变换率；控制电路与电流调节电路连接，确定功率开关管的导通过程或者截止过程中的电压变换起始时刻和电压变换结束时刻，利用电压变换率和预设驱动电流值，调整电流调节电路输出的驱动电流。电流。电流。

【技术实现步骤摘要】
一种开关驱动装置、开关驱动芯片和开关设备


[0001]本申请涉及到电力电子
，尤其涉及到一种开关驱动装置、开关驱动芯片和开关设备。

技术介绍

[0002]功率开关器件是指在一定条件下有较好的导通及截止特性的三极管，可以通过在功率开关器件的控制端(例如栅极)施加控制信号实现功率开关器件的导通和截止，而被广泛应用在各种场景中。金属
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氧化物
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半导体(metal
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oxide
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semiconductor，MOS)场效应管、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)和碳化硅(SiC)作为电压控制型功率开关器件，因其成本低廉以及开关损耗低，而作为更高频的开关应用。
[0003]如图1所示，为MOS场效应管Q1和Q2构成的开关电路的结构示意图。MOS场效应管的漏极为第一电极，MOS场效应管的源极为第二电极，MOS场效应管的栅极为开关的控制电极。当需要控制Q1导通时，可以通过向Q1的控制电极发送驱动电流来控制Q1导通。具体地，Q1的导通过程可以分为四个阶段。如图2所示，为Q1导通过程中栅极电压Vg、漏极与源极之间的电压Vds和漏极电流Id的变化示意图，当用于控制MOS场效应管导通或关断的脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)信号达到后，向MOS管的控制电极输入驱动电流，Q1进入第一阶段t0
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t1，此时，驱动电流经过栅极电阻向Q1的栅极与源极之间的寄生电容Cgs充电，随着充电过程的继续，栅极电压Vg逐渐上升，当寄生电容Cgs两端的电压到达Q1的门槛电压时，Q1开启并进入第二阶段t1
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t2。当Q1进入第二阶段t1
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t2时，Q1处于开启状态，与Q1的漏极连接的设备的电流可以流向Q1的漏极，由于Q1的漏极电感的作用，Q1的漏极电流Id不能发生突变，Q1的漏极电流Id逐渐升高，当Q1漏极上流过的电流达到最大电流值(负载电流)时，进入第三阶段t2
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t3。当Q1处于第三阶段t2
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t3时，Q1内的漏极与源极之间的寄生电容Cds开始放电，随着寄生电容Cds放电过程的继续，Q1漏极和源极之间的电压Vds逐渐降低，当寄生电容Cds放电完毕，Q1漏极与源极之间的电压Vds降低为零，此时Q1进入第四阶段t3
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t4。当Q1进入第四阶段t3
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t4，驱动电流继续为寄生电容Cgs充电，寄生电容Cgs电压达到最大电压值，Q1呈现最大导通程度，Q1的内阻最小，Q1完全导通，Q1导通过程结束。
[0004]由Q1的导通过程可知，当Q1处于第二阶段时，Q1的漏极电流Id快速变换，当Q1进入第三阶段时，Q1漏极和源极之间的电压Vds快速变换。当Q1的开关速度越快，Q1的导通过程中产生的损耗越效低，第二阶段和第三阶段的时长越短，电流和电压的变换速度越快。而电压和电流的变换速度越快，则开关导通过程中产生的杂波数量越多，造成严重的电磁扰(electromagnetic interference，EMI)问题，同理，Q1的截止过程也存在EMI问题，且Q1的开关速度越快，Q1的电压应力越大。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种开关驱动装置、开关驱动芯片和开关设备，用以在减小功率开关管的损耗的同时，改善功率开关管导通或者截止过程中的EMI问题和电压应力问题。
[0006]第一方面，本申请提供了一种开关驱动装置，该开关驱动装置与功率开关管连接，并驱动功率开关管的导通或截止。其中，该开关驱动装置包括：第一电压检测电路、第二电压检测电路、电压变换率检测电路，电流调节电路和控制电路。
[0007]具体地，第一电压检测电路与控制电路连接，用于与功率开关管的第一电极连接，检测功率开关管的第一电极电压，并将第一电极电压输出给控制电路，功率开关管的第一电极为功率开关管接收高电平的电极；第二电压检测电路与控制电路连接，用于与功率开关管的控制电极连接，检测功率开关管的控制电极电压，并将控制电极电压输出给控制电路；电压变换率检测电路与控制电路连接，用于与功率开关管的第一电极连接，检测功率开关管的第一电极电压变换率，并将电压变换率输出给控制电路；控制电路与电流调节电路连接，控制电路用于根据第一电极电压确定功率开关管的导通过程或者截止过程中的电压变换起始时刻和电压变换结束时刻，并利用电压变换率和预设驱动电流值，调整电流调节电路输出的驱动电流；电流调节电路用于与功率开关管的控制电极连接，并为功率开关管的控制电极提供驱动电流。其中，电压变换率为单位时间内功率开关管第一电极的电压幅值变换速率。
[0008]采用上述开关驱动装置，在控制功率开关管导通或者截止过程中，以MOS场效应管的导通过程为例，为了改善MOS场效应管导通过程中产生的杂波造成的EMI问题，当MOS场效应管的栅极电压达到门槛电压时，确定MOS场效应管进入电流变换的第二阶段，可以通过降低电流调节电路为栅极提供的驱动电流数值，从而降低MOS场效应管的电流变换率，改善第二阶段的EMI问题。当检测到达到MOS场效应管的导通过程的电压变换起始时刻时，确定MOS场效应进入电压变换的第三阶段，根据电压变换率检测电路的检测结果，确定当前漏极的电压变换率确定是否满足EMI要求，当不满足要求时，可以通过降低电流调节电路为栅极提供的驱动电流数值，从而降低MOS场效应管的电压变换率，改善第三阶段的EMI问题。同理，对于MOS场效应管的截止过程也可以采用上述方式调整驱动电流的数值，从而改善MOS场效应管截止过程中的EMI问题和电压应力问题，对于导通过程或者截止过程的其它阶段，可以采用大驱动电流来减小其它阶段的占用时长，从而加快功率开关管的开关速率，减小功率开关管的损耗。
[0009]在一种可能的实现方式中，电流调节电路包括：第一电流调节单元和第二电流调节单元。
[0010]其中，第一电流调节单元的第一端用于与供电电源连接，第一电流调节单元的第二端用于与功率开关管的控制电极连接，第一电流调节单元的第三端与控制电路连接，第一电流调节单元用于在功率开关管的导通过程为功率开关管的控制电极提供驱动电流；第二电流调节单元的第一端用于与功率开关管的控制电极连接，第二阻电流节单元的第二端用于接地，第二电流调节单元的第三端与控制电路连接，第二电流调节单元用于在功率开关管的截止过程为功率开关管的控制电极提供驱动电流。
[0011]采用上述开关驱动装置，在功率开关管的导通过程中，可以通过控制第一调节单元输出的驱动电流，对功率开关管的导通过程进行控制。在功率开关管的截止过程中，可以通过控制第二调节单元输出的驱动电流，对功率开关管的截止过程进行控制。
[0012]在一种可能的实现方式中，第一电流调节单元包括多个第一开关。第二电流调节单元包括：多个第二开关。
[0013]每个第一开关的第一电极用于与供电电源连接，每个第一开关的第二电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种开关驱动装置，其特征在于，用于与功率开关管连接，所述开关驱动装置包括：第一电压检测电路、第二电压检测电路、电压变换率检测电路，电流调节电路和控制电路；所述第一电压检测电路与所述控制电路连接，用于与所述功率开关管的第一电极连接，检测所述功率开关管的第一电极电压，并将所述第一电极电压输出给所述控制电路；所述功率开关管的第一电极为所述功率开关管接收高电平的电极；所述第二电压检测电路与所述控制电路连接，用于与所述功率开关管的控制电极连接，检测所述功率开关管的控制电极电压，并将所述控制电极电压输出给所述控制电路；所述电压变换率检测电路与所述控制电路连接，用于与所述功率开关管的第一电极连接，用于检测所述功率开关管第一电极的电压变换率，并将所述电压变换率输出给所述控制电路；所述电压变换率为单位时间内所述功率开关管第一电极的电压幅值变换速率；所述控制电路与所述电流调节电路连接，用于根据所述第一电极电压确定所述功率开关管的导通过程或者截止过程中的电压变换起始时刻和电压变换结束时刻，并利用所述电压变换率和预设驱动电流值，调整所述电流调节电路输出的驱动电流；所述电流调节电路用于与所述功率开关管的控制电极连接，并为所述功率开关管的控制电极提供驱动电流。2.如权利要求1所述的开关驱动装置，其特征在于，所述电流调节电路包括：第一电流调节单元和第二电流调节单元；所述第一电流调节单元的第一端用于与供电电源连接，所述第一电流调节单元的第二端用于与所述功率开关管的控制电极连接，所述第一电流调节单元的第三端与所述控制电路连接，所述第一电流调节单元用于在所述功率开关管的导通过程为所述功率开关管的控制电极提供驱动电流；所述第二电流调节单元的第一端用于与所述功率开关管的控制电极连接，所述第二电流节单元的第二端用于接地，所述第二电流调节单元的第三端与所述控制电路连接，所述第二电流调节单元用于在所述功率开关管的截止过程为所述功率开关管的控制电极提供驱动电流。3.如权利要求2所述的开关驱动装置，其特征在于，所述第一电流调节单元包括：多个第一开关；每个第一开关的第一电极用于与所述供电电源连接，每个第一开关的第二电极用于与所述功率开关管的控制电极连接，每个第一开关的控制电极与所述控制电路连接；所述第二电流调节单元包括：多个第二开关；每个第二开关的第一电极用于与所述功率开关管的控制电极连接，每个第二开关的第二电极用于接地，每个第二开关的控制电极与所述控制电路连接；所述控制电路具体用于：通过控制所述第一电流调节单元中导通的第一开关的数量，调整所述电流调节电路提供给所述功率开关管控制电极的驱动电流数值；或者通过控制所述第二电流调节单元中导通的第二开关的数量，调整所述电流调节电路提供给所述功率开关管控制电极的驱动电流数值。4.如权利要求1
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3任一项所述的开关驱动装置，其特征在于，所述第一电压检测电路包括：第一电容和第二电容；所述第一电容的第一端用于与所述功率开关管的第一电极连接，所述第一电容的第二
端分别与所述控制电路和所述第二电容的第一端连接；所述第二电容的第二端用于接地。5.如权利要求1
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4任一项所述的开关驱动装置，其特征在于，所述第二电压检测电路包括：第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的第一端用于与所述功率开关管的控制电极连接，所述第一电阻的第二端分别与所述控制电路和所述第二电阻的第一端连接；所述第二电阻的第二端用于接地。6.如权利要求1
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5任一项所述的开关驱动装置，其特征在于，所述电压变换率检测电路包括：第三电容和第三电阻；所述第三电容的第一端用于与所述功率开关管的第一电极连接，所述第三电容的第二端分别与所述控制电路和所述第三电阻的第一端连接；所述第三电阻的第二端用于接地。7.如权利要求1
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6任一项所述的开关驱动装置，其特征在于，所述控制电路具体用于：控制所述电流调节电路输出第一预设驱动电流，直至所述功率开关管的控制电极电压达到门槛电压；控制所述电流调节电路输出第二预设驱动电流，直至达到所述功率开关管导通过程的电压变换起始时刻；根据所述电压变换率，控制所述电流调节电路输出第三预设驱动电流，直至达到所述功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭兴强，李华艺，董少青，黄伯宁，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：